CN110074420A - 挤压酶解豌豆渣制备不可溶性膳食纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及食品加工技术领域，具体涉及一种挤压酶解豌豆渣制备不可溶性膳食纤维的方法。所述的挤压酶解豌豆渣制备可溶性膳食纤维的方法为，将豌豆渣与水混合后进行高温挤压后，依次用耐高温α‑淀粉酶、糖化酶和碱性蛋白酶进行水解，然后进行酶失活处理，离心，将离心沉淀物干燥、粉碎，得到豌豆渣不可溶性膳食纤维。本发明的方法操作简单，不仅提高了不可溶性膳食纤维的产率和纯度，而且大大提高了不可溶性膳食纤维的持水性、膨胀性和吸油性，制备过程中无添加、无污染。
Description
技术领域
本发明涉及食品加工技术领域，具体涉及一种挤压酶解豌豆渣制备不可溶性膳食纤维的方法。
背景技术
膳食纤维被称为“第七大营养元素”，具有良好的生理功能，其中不可溶性膳食纤维可减少人体对脂肪的吸收有效预防人类肥胖症的发生。不可溶性膳食纤维在体内几乎不被消化和代谢，吸收大量水分，刺激人体肠道蠕动，增加粪便的体积和排便速度，能改善大肠功能，使粪便***并且增加粪便的排出量，同时还能与肠道内致癌物质结合后排出体外从而达到预防便秘和结肠癌的作用，还可以降低胆固醇水平有效治疗冠心病等心脏疾病。
制备不可溶性膳食纤维的来源广泛，而豌豆渣是豌豆淀粉和豌豆蛋白的副产物，不仅成本低，而且实现了资源的重复利用，减轻了资源浪费严重的问题。不可溶性膳食纤维的制备一般采取洗涤和粉碎、碱处理、酸处理等，其中洗涤和粉碎效率较低，碱处理和酸处理虽然有效成分含量高，但时间太长，半纤维素损失严重；而采用酶解法，不仅效率高而且无污染、耗时少、操作简单又方便。
专利CN201510744070公开了一种酶法提取豆渣中不可溶性膳食纤维的工艺，工艺流程包括：豆渣-烘干-粉碎-加水-加缓冲液-加蛋白酶-灭酶-加α-淀粉酶-灭酶-离心过滤-洗涤滤渣-滤渣烘干至恒重。提取到的不可溶性膳食纤维纯度高，灰分含量仅为2.8％左右。该方法只是将豆渣中的淀粉和蛋白质用酶解的方法去除，提高了不可溶性膳食纤维的纯度，并没有提高不可溶性膳食纤维的持水性、吸油性、膨胀性等性能品质。
专利CN2015105261498公开了一种湿法超微粉碎制备膳食纤维浆液的方法，将谷物渣通过水洗除去杂质和淀粉物质，然后与水配制成悬浮液，将悬浊液置于高剪切均质机中进行细化处理，得到膳食纤维的浆液。利用高剪切均质技术，一次性将膳食纤维进行细化处理，减少了设备的用量，避免了对膳食纤维的质量破坏。该方法仅通过水洗去除杂质和淀粉物质，得到的膳食纤维纯度不高，且制备的浆液不方便运输，储存稳定性也较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种挤压酶解豌豆渣制备不可溶性膳食纤维的方法，操作简单，不仅提高了不可溶性膳食纤维的产率和纯度，而且大大提高了不可溶性膳食纤维的持水性、膨胀性和吸油性，制备过程中无添加、无污染。
本发明所述的挤压酶解豌豆渣制备不可溶性膳食纤维的方法，包括以下步骤：
(1)将豌豆渣与水混合后，用单螺杆挤压机挤出，得到豌豆渣挤出物；
(2)将豌豆渣挤出物粉碎后与水混合，先加入耐高温α-淀粉酶，在90-95℃下水解30-50min，再将温度调至55-65℃，加入糖化酶水解3-5h，最后再将温度调至50-60℃，加入碱性蛋白酶水解3-5h，得到水解混合物；
(3)将步骤(2)得到的水解混合物进行酶失活处理，然后离心，将离心沉淀物干燥、粉碎，得到豌豆渣不可溶性膳食纤维。
其中，豌豆渣为生产豌豆淀粉、豌豆蛋白过程中得到的副产物。豌豆在提取豌豆淀粉、豌豆蛋白后，通过离心筛得到湿豌豆渣，然后脱水、干燥、杀菌、粉碎，得到豌豆渣。
豌豆渣(干物质)的基本成分如下：灰分2.6-3.2％，蛋白质2.9-3.2％，脂肪0.2-0.3％，淀粉6.9-7.5％，木质素25.3-26.4％，半纤维素23.4-24.0％，纤维素30.7-31.1％，其他组分4.3-8.0％。其中，不可溶性膳食纤维的总含量为74.5-76.2％；总膳食纤维含量为80.5-82.5％。
步骤(1)中豌豆渣与水的混合物中，水的质量百分比为30-45％。
步骤(1)中单螺杆挤压机的工作参数为：套筒温度110-160℃，螺杆转速120-200r/min，模孔直径8-12mm。
步骤(2)中豌豆渣挤出物与水的混合质量比为1：20-35。
步骤(2)中耐高温α-淀粉酶与豌豆渣挤出物的质量比为1：2000-4000，耐高温α-淀粉酶活力为20000-100000u/mL；糖化酶与豌豆渣挤出物的质量比为1：200-1000，糖化酶活力50000-200000u/mL；碱性蛋白酶与豌豆渣挤出物的质量比为1：500-1000，碱性蛋白酶活力为10万-20万u/g。
步骤(2)中将豌豆渣挤出物粉碎后与水混合，在加入耐高温α-淀粉酶前，需要用5wt％NaOH调至混合液pH为5.8-7.8；在加入糖化酶前，需要用5wt％HCl调至混合液pH为3.0-5.5；在加入碱性蛋白酶前，需要用5wt％NaOH调至混合液pH为7.8-8.5。
步骤(3)中离心条件为：转速4000-5000r/min下离心20-30min。
步骤(3)中干燥温度为80-100℃，干燥时间为5-8h，粉碎后过80-100目筛。
步骤(3)中酶失活处理条件为：100-110℃下保温10-20min。
将豌豆渣与水混合后，采用单螺杆挤压机进行高温挤压，有利于豌豆渣中的大分子物质转化成小分子。高温挤压下，一部分水气化成水蒸汽，在水蒸汽和高温的作用下，纤维素会产生类酸性降解以及热降解，低分子物质溶出，纤维聚合度下降；而且纤维内部的水蒸汽分子在挤压下会瞬间释放出来，使纤维发生一定程度上的机械断裂，不仅使纤维素内部氢键产生破坏，还原端基增加，还使无定形区和部分结晶区产生破坏；最重要的是，高温、高压、含水的条件会加剧纤维素内部氢键的破坏，游离出新的羟基，从而增加纤维的持水性、吸附性等性能。
在进行高温挤压后，豌豆渣中的一部分大分子物质降解成小分子物质，更利于酶解。采用耐高温α-淀粉酶能随机水解淀粉、糖原及其降解物内部的α-1，4葡萄糖苷键，使得胶状淀粉溶液的粘度迅速下降，产生糊精和寡聚糖等可溶性物质；糖化酶能将淀粉从分子链非还原性末端开始，分解α-1,4葡萄糖苷键生成葡萄糖等可溶性物质，这些可溶性物质的去除提高了不可溶性膳食纤维的纯度；碱性蛋白酶是一种蛋白水解酶，能水解蛋白质分子肽链生成多肽或氨基酸，具有较强的分解蛋白质的能力，蛋白质的去除也提高了不可溶性膳食纤维的纯度；各酶解条件需在相应温度和pH条件下进行以发挥最大酶解效果。
对蛋白质的水解程度来说，碱性蛋白酶大于中性蛋白酶，故碱性蛋白酶对蛋白质水解更彻底，用碱性蛋白酶水解蛋白质所得的不可溶性膳食纤维纯度更高。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
(1)本发明以豌豆渣为原料制备不可溶性膳食纤维，通过高温挤压对豌豆渣进行处理，使物料受热、受压，结构塌陷，含纤维素物料在挤压机机筒内受到的强烈剪切作用,大分子降解为小分子利于酶解进行，不仅提高了不可溶性膳食纤维的产率和纯度，产率达到87％以上，纯度达到98％以上，而且提高了不可溶性膳食纤维的膨胀性、持水性、吸油量等性能；
(2)本发明采用先高温挤压、再酶解的方法对豌豆渣进行处理，操作简单，对技术要求较低，生产投入成本较低，且制备的不可溶性膳食纤维无化学残留，吸附性能及膨胀和持水性能相对较高，植物油吸附量达到2.8g/g以上，动物油吸附量达到2.5g/g以上，膨胀性达到13mL/g以上，持水性达到11g/g以上。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于此。
实施例1
(1)将7kg豌豆渣与3kg水混合，然后用单螺杆挤压机挤出，得到豌豆渣挤出物；单螺杆挤压机的工作参数为：套筒温度110℃，螺杆转速120r/min，模孔直径8mm；
(2)将豌豆渣挤出物粉碎后，加入140kg水，先用5wt％NaOH调至混合液pH为5.8，加入3.5g耐高温α-淀粉酶，在90℃下水解40min，碘液检测不变蓝；
然后将温度调至55℃，用5wt％HCL调至混合液pH为3.0，加入35g糖化酶，在55℃下水解5h；
最后将温度调至50℃，用5wt％NaOH调至混合液pH为7.8，加入14g碱性蛋白酶，在50℃下水解5h，得到水解混合物；
(3)将步骤(2)得到的水解混合物在100℃下保温10min，进行酶失活处理，然后在5000r/min离心20min，将离心沉淀物在80℃下干燥5h，粉碎过80目筛，得到豌豆渣不可溶性膳食纤维，称重，为4702g。
经计算，豌豆渣不可溶性膳食纤维的产率为89.86％；
经成分分析，豌豆渣不可溶性膳食纤维的纯度为98.66％，其余为灰分。
实施例2
(1)将5.5kg豌豆渣与4.5kg水混合，然后用单螺杆挤压机挤出，得到豌豆渣挤出物；单螺杆挤压机的工作参数为：套筒温度160℃，螺杆转速200r/min，模孔直径12mm；
(2)将豌豆渣挤出物粉碎后，加入170kg水，先用5wt％NaOH调至混合液pH为7.8，加入1.4g耐高温α-淀粉酶，在95℃下水解30min，碘液检测不变蓝；
然后将温度调至65℃，用5wt％HCL调至混合液pH为5.5，加入5.5g糖化酶，在65℃下水解3h；
最后将温度调至60℃，用5wt％NaOH调至混合液pH为8.5，加入5.5g碱性蛋白酶，在60℃下水解3h，得到水解混合物；
(3)将步骤(2)得到的水解混合物在100℃下保温10min，进行酶失活处理，然后在4500r/min离心30min，将离心沉淀物在100℃下干燥8h，粉碎过100目筛，得到豌豆渣不可溶性膳食纤维，称重，为3795g。
经计算，豌豆渣不可溶性膳食纤维的产率为90.96％。
经成分分析，豌豆渣不可溶性膳食纤维的纯度为98.56％，其余为灰分。
实施例3
(1)将6kg豌豆渣与4kg水混合，然后用单螺杆挤压机挤出，得到豌豆渣挤出物；单螺杆挤压机的工作参数为：套筒温度140℃，螺杆转速180r/min，模孔直径10mm；
(2)将豌豆渣挤出物粉碎后，加入180kg水，先用5wt％NaOH调至混合液pH为6.8，加入2g耐高温α-淀粉酶，在92℃下水解40min，碘液检测不变蓝；
然后将温度调至60℃，用5wt％HCL调至混合液pH为4.5，加入12g糖化酶，在60℃下水解4h；
最后将温度调至55℃，用5wt％NaOH调至混合液pH为8.0，加入8g碱性蛋白酶，在55℃下水解4h，得到水解混合物；
(3)将步骤(2)得到的水解混合物在100℃下保温10min，进行酶失活处理，然后在4000r/min离心20min，将离心沉淀物在90℃下干燥6h，粉碎过90目筛，得到豌豆渣不可溶性膳食纤维，称重，为4020g。
经计算，豌豆渣不可溶性膳食纤维的产率为87.95％。
经成分分析，豌豆渣不可溶性膳食纤维的纯度为98.78％，其余为灰分。
对比例1
本对比例与实施例3采用同一批次的豌豆渣，通过酶解方法制备豌豆渣不可溶性膳食纤维，步骤如下：
(1)将600g豌豆渣与30kg水混合，先用5wt％NaOH调至混合液pH为6.8，加入0.2g耐高温α-淀粉酶，在92℃下水解40min；
然后将温度调至60℃，用5wt％HCL调至混合液pH为4.5，加入1.2g糖化酶，在60℃下水解4h；
最后将温度调至55℃，用5wt％NaOH调至混合液pH为8.0，加入0.8g碱性蛋白酶，在55℃下水解4h，得到水解混合物；
(2)将步骤(1)得到的水解混合物在100℃下保温10min，进行酶失活处理，然后在4000r/min离心20min，将离心沉淀物在90℃下干燥6h，粉碎过90目筛，得到豌豆渣不可溶性膳食纤维，称重，为432g。
经计算，豌豆渣不可溶性膳食纤维的产率为94.51％。
经成分分析，豌豆渣不可溶性膳食纤维的纯度为92.04％，含有3.4％的淀粉、1.2％的蛋白质、2.5％的灰分和0.86％的其他组分。
豌豆渣不可溶性膳食纤维的纯度较低，是因为豌豆渣在未经高温挤压的条件下，其中的纤维、淀粉、蛋白质等物质的分子较大，酶解相对比较困难，在较短的时间内酶解不彻底，从而导致豌豆渣不可溶性膳食纤维中含有部分未酶解的淀粉和蛋白质。
对比例2
本对比例与对比例1相比，不同点仅在于延长每一次的酶解时间，步骤如下：
(1)将600g豌豆渣与30kg水混合，先用5wt％NaOH调至混合液pH为6.8，加入0.2g耐高温α-淀粉酶，在92℃下水解65min，碘液检测不变蓝；
然后将温度调至60℃，用5wt％HCL调至混合液pH为4.5，加入1.2g糖化酶，在60℃下水解7h；
最后将温度调至55℃，用5wt％NaOH调至混合液pH为8.0，加入0.8g碱性蛋白酶，在55℃下水解7h，得到水解混合物；
(2)将步骤(1)得到的水解混合物在100℃下保温10min，进行酶失活处理，然后在4000r/min离心20min，将离心沉淀物在90℃下干燥6h，粉碎过90目筛，得到豌豆渣不可溶性膳食纤维，称重，为413g。
经计算，豌豆渣不可溶性膳食纤维的产率为90.37％。
经成分分析，豌豆渣不可溶性膳食纤维的纯度为97.34％，其余为灰分。
在豌豆渣在未经高温挤压的条件下，适当延长酶解时间，豌豆渣中的淀粉和蛋白质去除效果提高，但是制备周期延长。
对比例3
本对比例与实施例3采用同一批次豌豆渣，通过洗涤方法制备豌豆渣不可溶性膳食纤维，步骤如下：
将100g豌豆渣用水进行反复清洗、过滤，直至清洗后的水物明显变化，然后将清洗后的豌豆渣进行干燥，粉碎，过90目筛，得到豌豆渣不可溶性膳食纤维，称重，为74g。
经计算，豌豆渣不可溶性膳食纤维的产率为97.1％。
经成分分析，豌豆渣不可溶性膳食纤维的纯度为88.2％，仍含有大量的淀粉、蛋白质等组分。
对比例4
本对比例与实施例3相比，不同点仅在于步骤(1)中单螺杆挤压机的套管温度设置为90℃。
最终得到豌豆渣不可溶性膳食纤维的产率为89.26％；纯度为95.32％。
参照国标GB/T5009.9-2014的方法对豌豆渣的成分进行测定，实施例1-3和对比例1-4所采用的豌豆渣基本成分组成如表1所示：
表1豌豆渣的基本成分
对实施例1-3和对比例1-4制备的豌豆渣不可溶性膳食纤维进行性能测试，测试方法如下：
(1)植物油吸附量测试：
称取豌豆渣不可溶性膳食纤维3.0g，为吸油前膳食纤维质量，放置干燥箱中干燥至恒重，取50mL离心管，加入3.0g豌豆渣不可溶性膳食纤维和25g花生油，搅拌均匀，放置在37℃水浴锅中静置1h，离心机离心(4000r/min，20min)，去除上层花生油，用滤纸吸干豌豆渣不可溶性膳食纤维上游离的大豆油，称重，为吸油后膳食纤维质量。
植物油吸附量计算如下：
(2)动物油吸附量测试：
称取豌豆渣不可溶性膳食纤维3.0g，为吸油前膳食纤维质量，放置干燥箱中干燥至恒重，取50mL离心管，加入3.0g豌豆渣不可溶性膳食纤维和25g猪油，搅拌均匀，放置在37℃水浴锅中静置1h，离心机离心(4000r/min，20min)，去除上层猪油，用滤纸吸干豌豆渣不可溶性膳食纤维上游离的猪油，称重，为吸油后膳食纤维质量。
动物油吸附量计算如下：
(3)膨胀性测试：
称取1.0g干燥样品，为膳食纤维样品质量，将样品置于量筒里，添加50mL的蒸馏水，于室温下振荡均匀后，读取样品溶胀前体积，然后静置24h，读取样品溶胀后体积。
膨胀性计算如下：
(4)持水性测试：
称取1.0g干燥样品，为样品吸水前质量，将样品置于100mL烧杯中，添加75mL的蒸馏水，在25℃下用磁力搅拌器搅拌时24h，将样品转移到离心杯中，于4000r/min条件下离心0.5h，倾去上清液，称重，得到样品吸水后质量。
持水性计算如下：
实施例1-3和对比例1-4制备的豌豆渣不可溶性膳食纤维的性能测试结果如表2所示：
表2各实施例和对比例制备的豌豆渣不可溶性膳食纤维的性能测试结果
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 植物油吸附量g/g | 2.56 | 2.89 | 2.87 | 1.56 | 1.62 | 1.51 | 1.82 |
| 动物油吸附量g/g | 2.37 | 2.56 | 2.13 | 0.96 | 0.69 | 0.89 | 1.24 |
| 膨胀性mL/g | 13.23 | 11.33 | 12.02 | 8.45 | 8.91 | 7.22 | 9.37 |
| 持水性g/g | 11.56 | 11.24 | 12.33 | 5.96 | 6.89 | 5.81 | 8.96 |
从表2可以看出，本发明采用“高温挤压+酶解”的方法制备豌豆渣不可溶性膳食纤维，高温挤压能够破坏纤维结构，产生大量的新羟基集团，大大提高了不可溶性膳食纤维的吸油量、膨胀性和持水性；且高温挤压同时使淀粉、蛋白质等组分的大分子结构转变为小分子结构，有利于酶解进行，提高了酶解效率，使产物纯度增大。对比例1-2采用“仅酶解”的制备方法，得到的不可溶性膳食纤维纯度相对较低，保持了原有纤维的结构，纤维分子较大，羟基基团含量较少，其吸油量、膨胀性和持水性均较低。对比例3采用“水洗”的制备方法，操作繁琐，时间较长，且不能有效去除淀粉、蛋白质等组分，得到的不可溶性膳食纤维纯度非常低，并且也同样保持了原有纤维的结构，纤维分子较大，羟基基团含量较少，其吸油量、膨胀性和持水性均较低。对比例4采用“中温挤压+酶解”的制备方法，在较低的挤压温度下，豌豆渣浆液中的水分没有汽化，对纤维结构的破坏力度较小，产生的新羟基基团较少，对不可溶性膳食纤维的吸油量、膨胀性和持水性的提高没有明显的作用。
Claims (7)
1.一种挤压酶解豌豆渣制备不可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将豌豆渣与水混合后，用单螺杆挤压机挤出，得到豌豆渣挤出物；
(2)将豌豆渣挤出物粉碎后与水混合，先加入耐高温α-淀粉酶，在90-95℃下水解30-50min，再将温度调至55-65℃，加入糖化酶水解3-5h，最后再将温度调至50-60℃，加入碱性蛋白酶水解3-5h，得到水解混合物；
(3)将步骤(2)得到的水解混合物进行酶失活处理，然后离心，将离心沉淀物干燥、粉碎，得到豌豆渣不可溶性膳食纤维；
步骤(1)中单螺杆挤压机的工作参数为：套筒温度110-160℃，螺杆转速120-200r/min，模孔直径8-12mm。
2.根据权利要求1所述的挤压酶解豌豆渣制备不可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：步骤(1)中豌豆渣与水的混合物中，水的质量百分比为30-45％。
3.根据权利要求1所述的挤压酶解豌豆渣制备不可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：步骤(2)中豌豆渣挤出物与水的混合质量比为1：20-35。
4.根据权利要求1所述的挤压酶解豌豆渣制备不可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：步骤(2)中耐高温α-淀粉酶与豌豆渣挤出物的质量比为1：2000-4000；糖化酶与豌豆渣挤出物的质量比为1：200-1000；碱性蛋白酶与豌豆渣挤出物的质量比为1：500-1000。
5.根据权利要求1所述的挤压酶解豌豆渣制备不可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：步骤(3)中酶失活处理条件为：100-110℃下保温10-20min。
6.根据权利要求1所述的挤压酶解豌豆渣制备不可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：步骤(3)中干燥温度为80-100℃，干燥时间为5-8h，粉碎过80-100目筛。
7.根据权利要求1所述的挤压酶解豌豆渣制备不可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：步骤(3)中的离心条件为：转速4000-5000r/min下离心20-30min。
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